presenta:
Misurazione della resistenza interna di un amperometro
a cura di IZ1TQI Aldo
Mio malgrado, corre necessità (nei confronti di un certo numero di miei lettori) di una piccola divagazione per sottolineare due punti:
primo, abbiate la pazienza di leggere tutto il testo, così eviterete di domandarmi, per e-mail, informazioni che sono già contenute nel testo stesso;
secondo, se non avete dimestichezza con circuiti di questo genere, non pretendete che sia io ad illuminarvi in cinque minuti, per mettervi in condizione di realizzarli.
Di fronte ad un micro-amperometro o milli-amperometro abbiamo solo un dato certo: la corrente indicata dal fondo scala e dalle divisioni intermedie dello strumento stesso.
Non sappiamo nè la tensione da applicare allo strumento per ottenere questo benedetto fondo scala, nè la sua resistenza interna, cioè la resistenza (Rx) della bobina mobile.
Non possiamo certamente usare l'ohmmetro del tester, pena vedere la lancetta sbattere violentemente a fondo scala con conseguente avaria dello strumento.
Come risalire a questo ultimo valore incognito (Rx), nel caso volessimo usare lo strumento per misurare (tramite shunt) correnti molto più elevate della sua massima portata, o misurare delle tensioni?
Vi mostrerò alcuni sistemi, pur banali ancorchè laboriosi, ben consapevole che raramente, ai pochi sperimentatori hobbisti rimasti, capiteranno molte occasioni di dover fare misure del genere.
Per prima cosa dobbiamo procurarci una tensione da applicare, anche molto bassa, nell'ordine di 1,5-2 V.
Ora consideriamo il caso di un microamperometro con f.s. 1000μA, ma il discorso, con gli opportuni adeguamenti elencati più avanti, vale in generale.
Stabilita la tensione, ora serve una "R" che, posta in serie allo strumento, ne contenga il passaggio di corrente entro il suo f.s..
Se calcoliamo tale la resistenza "R" otteniamo:
R= 1,3 V : 100uA
R = 13000 ohm
(Mi servo di 1,3 V perchè il circuito stabilizzatore di tensione LM317 dà appunto una tensione stabilizzata attorno a 1,25 V).
Ora questa R = 13000 ohm, sommata in serie alla Rx (resistenza interna) dello strumento, determinerà, certamente, un passaggio di corrente inferiore a 100μA, quindi entro il fondo scala dello strumento stesso.
Però, per nostra tranquillità, ci serviremo di una R maggiore, costituita da un trimmer regolabile (o potenziometro) da 10000 ohm con l'aggiunta in serie di una resistenza fissa da 6800 ohm (in commercio, credo, non ci sono potenziometri da 15000 ohm), oppure ci serviremo di un unico potenziometro da 22000 ohm.
Cableremo quindi un circuito come quello di figura 1a, alimentando con una pila da 9V un LM317. Così facendo, avremo una tensione perfettamente costante di circa 1,25 V.
E' chiaro però che, se vi sembra troppo laborioso per un lavoretto che farete per un paio di volte (forse tre) nella vita, potrete usare una batteria da 1,5 V nuova ed eliminare l'LM317, senza null'altro cambiare .
Il trimmer (o potenziometro) appartenente a R (figura 1) deve essere disposto per la sua massima resistenza e il tester sulla portata delle tensioni.
N.B. Il tester dovrà essere tassativamente elettronico, ovvero digitale, pena il complicato calcolo dell'errore di misura delle
tensioni, introdotto dalla bassa resistenza interna del tester analogico.
Ora non ci resta che
a) regolare il trimmer potenziometrico appartenente ad R, fino a far raggiunge a μA1 esattamente il suo fondo scala di 100μA;
b) leggere sul tester il valore della tensione V rilevata ai capi di μA1.
A questo punto:
Rx = V : 100μA, ossia Rx = V : 0,0001 A.
La stessa cosa è nel caso b della figura 1, usando una pila da 9 V ed una resistenza fissa da 22000 ohm in serie ad un trimmer da 100000 ohm, oppure un potenziometro unico da 150000 o 220000 ohm.
Infatti:
9 V : 100μA = 90000 ohm, che noi portiamo a 122000 o 220000 ohm.
Ora ecco una tabella dei valori di R a seconda della corrente di f.s., accettata dallo strumento, e per alimentazione da 1,3-1,5 V, questa tabella vale per tutti gli esempi di circuito.
Per strumenti da:
a) 25 μA, R= 52000 ohm (potenziometro da 47000 ohm con in serie resistenza fissa da15000 ohm, oppure potenziometro unico da
100000 ohm);
b) 50 μA, R = 26000 ohm (potenziometro da 22000 ohm con in serie resistenza fissa da 8200 ohm, oppure potenziometro unico da
47000 ohm) ;
c) 1mA, R= 1300ohm (potenziometro da 1000 ohm con in serie resistenza fissa da 820 ohm, oppure potenziometro unico da 2200
ohm);
d) 10 mA, R = 130 ohm (potenziometro da 100 ohm con in serie resistenza fissa da 82 ohm, oppure potenziometro unico da 220
ohm);
e) 100 mA, conviene servirsi del circuito b della figura 1 con potenziometro unico da 100 ohm;
Invece un sistema indiretto (diciamo "a secco"), che non necessita di nessun tipo di calcolo, è quello di figura 2, che farà storcere il naso ad alcuni, ma che non necessita neanche del tester.
Realizzate il cablaggio di figura 2, in cui l'LM317 funziona come generatore di corrente costante, aggiungendo:
a) S1;
b) R3 da 10000 ohm .
Se il valore di 10000 ohm è esagerato, al massimo, sarete sempre in tempo a ridurre R3 a 4700 ohm.
Tanto R2, quanto R3 dovranno essere disposte per la resistenza massima.
a) regolare il trimmer potenziometrico appartenente ad R, fino a far raggiunge a μA1 esattamente il suo fondo scala di 100μA;
b) leggere sul tester il valore della tensione V rilevata ai capi di μA1.
A questo punto:
Rx = V : 100μA, ossia Rx = V : 0,0001 A.
La stessa cosa è nel caso b della figura 1, usando una pila da 9 V ed una resistenza fissa da 22000 ohm in serie ad un trimmer da 100000 ohm, oppure un potenziometro unico da 150000 o 220000 ohm.
Infatti:
9 V : 100μA = 90000 ohm, che noi portiamo a 122000 o 220000 ohm.
Ora ecco una tabella dei valori di R a seconda della corrente di f.s., accettata dallo strumento, e per alimentazione da 1,3-1,5 V, questa tabella vale per tutti gli esempi di circuito.
Per strumenti da:
a) 25 μA, R= 52000 ohm (potenziometro da 47000 ohm con in serie resistenza fissa da15000 ohm, oppure potenziometro unico da
100000 ohm);
b) 50 μA, R = 26000 ohm (potenziometro da 22000 ohm con in serie resistenza fissa da 8200 ohm, oppure potenziometro unico da
47000 ohm) ;
c) 1mA, R= 1300ohm (potenziometro da 1000 ohm con in serie resistenza fissa da 820 ohm, oppure potenziometro unico da 2200
ohm);
d) 10 mA, R = 130 ohm (potenziometro da 100 ohm con in serie resistenza fissa da 82 ohm, oppure potenziometro unico da 220
ohm);
e) 100 mA, conviene servirsi del circuito b della figura 1 con potenziometro unico da 100 ohm;
Invece un sistema indiretto (diciamo "a secco"), che non necessita di nessun tipo di calcolo, è quello di figura 2, che farà storcere il naso ad alcuni, ma che non necessita neanche del tester.
Realizzate il cablaggio di figura 2, in cui l'LM317 funziona come generatore di corrente costante, aggiungendo:
a) S1;
b) R3 da 10000 ohm .
Se il valore di 10000 ohm è esagerato, al massimo, sarete sempre in tempo a ridurre R3 a 4700 ohm.
Tanto R2, quanto R3 dovranno essere disposte per la resistenza massima.
La procedura:
a) per la calibrazione, con S1 aperto, regoliamo R2 fino a leggere, su μA2, esattamente i suoi 100μA di fondo scala
b) chiudiamo poi S1 e diminuiamo R3 fino a quando su μA2 leggeremo la metà esatta della sua corrente di f.s., ossia 50 μA.
Poichè il circuito è alimentato a corrente costante, la corrente totale è sempre di 100μA, ma, se attraverso la Rx di μA2 ora scorrono 50 μA, ossia la metà della corrente totale (100μA), l'altra metà scorrerà su R3,
quindi R3 = Rx .
Pertanto se apriamo S1 e misuriamo la resistenza di R3, con un ohmmetro, avremo automaticamente il valore di Rx dello strumento. In questo schema però è indispensabile l'LM317.
Se volete verificare quanto appena detto, realizzate il circuito come in figura 3, con il tester commutato in corrente; ripercorrete la stessa procedura regolando R2, e infine vedrete che, mentre μA2 indicherà 50 μA, μA1 indicherà 100 μA.
Altra maniera di misurazione è quella di figura 4:
La procedura:
a) calibriamo μA2, con S1 aperto, regolando R2 fino a leggere esattamente, su μA2, i suoi 100μA di fondo scala;
b) con S1 chiuso, regoliamo R3 finchè non vedremo su μA2 scorrere una corrente pari alla esatta metà di quella che scorre su
μA1 (potrebbe essere necessario ritoccare R2)
Se attraverso la Rx di μA2 ora scorre metà della corrente totale (misurata da μA1), l'altra metà scorrerà su R3,
quindi R3 = Rx .
Pertanto se apriamo S1 e misuriamo la resistenza di R3, con un ohmmetro, avremo automaticamente il valore di Rx dello strumento.
Altra tabella di R3 in base alla portata dello strumento in prova:
a) sia R3 = 4700-10000ohm, in ogni caso, da 25 μA a 100 μA, intanto la Rx raramente supererà i 2000-3000 ohm.
b) per 1 mA, R3 = 2200ohm;
c) per 10 mA e 100 mA, R3 = 470 ohm.
N.B. se regolando R2 non riuscirete a portare μA2 a fondo scala, diminuite la R1; se con R3 non riuscirete a portare μA2 a metà
scala, aumentare R3 (ma non sarà necessario).
Chiaramente nel caso che il fondo scala dello strumento oltrepassi il valore di 50 mA, per aumentare i valori di R1,R2,R3, conviene usare come alimentazione una tensione di 9 volt ed adeguare i trimmer potenziometrici alla nuova situazione.
Questo sistema ci consentirà di effettuare agevolmente misure di Rx sino a 100 milliampere con valori accettabili di R1, R2 e R3.
Per 1 ampere già le cose si complicano, date le potenze alte ed i valori bassi che assumerebbero R1,R2,R3.
Ma a questo punto possiamo già misurare la Rx interna dell'amperometro con l'ohmmetro del tester elettronico.
Un'ultima considerazione: non raramente ci troviamo in possesso di strumenti, di recupero, che non indicano la corrente, ma che sono tarati, ad esempio, in °C, in Volt, in dB o in altra maniera.
Purtroppo non conoscendo neanche la loro corrente di f.s., di essi non sappiamo proprio nulla.
Ma il sistema per ricavare la corrente di f.s. e la Rx è indicato dalla figura 3 e dalla figura 4.
Partiamo (usando i componenti adatti) dal caso dei 25 μA a salire e con S1 aperto. Così ci faremo subito un'idea del valore da conferire a R1 e R2 per ottenere il f.s. di μA2.
Quando avremo ottenuto la deviazione a fondo scala di μA2, per mezzo di R2, allora μA1 ci indicherà la corrente di f.s. di μA2; conosciuta questa, poi chiuderemo S1 e ricaveremo anche la Rx, per mezzo di R3 con il metodo già descritto.
Son stato chilometrico...
.... tanto runor per nulla !!!
a) calibriamo μA2, con S1 aperto, regolando R2 fino a leggere esattamente, su μA2, i suoi 100μA di fondo scala;
b) con S1 chiuso, regoliamo R3 finchè non vedremo su μA2 scorrere una corrente pari alla esatta metà di quella che scorre su
μA1 (potrebbe essere necessario ritoccare R2)
Se attraverso la Rx di μA2 ora scorre metà della corrente totale (misurata da μA1), l'altra metà scorrerà su R3,
quindi R3 = Rx .
Pertanto se apriamo S1 e misuriamo la resistenza di R3, con un ohmmetro, avremo automaticamente il valore di Rx dello strumento.
Altra tabella di R3 in base alla portata dello strumento in prova:
a) sia R3 = 4700-10000ohm, in ogni caso, da 25 μA a 100 μA, intanto la Rx raramente supererà i 2000-3000 ohm.
b) per 1 mA, R3 = 2200ohm;
c) per 10 mA e 100 mA, R3 = 470 ohm.
N.B. se regolando R2 non riuscirete a portare μA2 a fondo scala, diminuite la R1; se con R3 non riuscirete a portare μA2 a metà
scala, aumentare R3 (ma non sarà necessario).
Chiaramente nel caso che il fondo scala dello strumento oltrepassi il valore di 50 mA, per aumentare i valori di R1,R2,R3, conviene usare come alimentazione una tensione di 9 volt ed adeguare i trimmer potenziometrici alla nuova situazione.
Questo sistema ci consentirà di effettuare agevolmente misure di Rx sino a 100 milliampere con valori accettabili di R1, R2 e R3.
Per 1 ampere già le cose si complicano, date le potenze alte ed i valori bassi che assumerebbero R1,R2,R3.
Ma a questo punto possiamo già misurare la Rx interna dell'amperometro con l'ohmmetro del tester elettronico.
Un'ultima considerazione: non raramente ci troviamo in possesso di strumenti, di recupero, che non indicano la corrente, ma che sono tarati, ad esempio, in °C, in Volt, in dB o in altra maniera.
Purtroppo non conoscendo neanche la loro corrente di f.s., di essi non sappiamo proprio nulla.
Ma il sistema per ricavare la corrente di f.s. e la Rx è indicato dalla figura 3 e dalla figura 4.
Partiamo (usando i componenti adatti) dal caso dei 25 μA a salire e con S1 aperto. Così ci faremo subito un'idea del valore da conferire a R1 e R2 per ottenere il f.s. di μA2.
Quando avremo ottenuto la deviazione a fondo scala di μA2, per mezzo di R2, allora μA1 ci indicherà la corrente di f.s. di μA2; conosciuta questa, poi chiuderemo S1 e ricaveremo anche la Rx, per mezzo di R3 con il metodo già descritto.
Son stato chilometrico...
.... tanto runor per nulla !!!